工业机器人技术及应用第3章
工业机器人运动学
x
P
y
z
w
其中
ax
x w ,by
y w , cz
z w
（3.6）
3.3 机器人运动学的矩阵表示
3.3.2空间向量的表示
x
P
y
z
w
x
y
z
其中 ax w , by w , cz w （3.6）
变量w可以为任意值,w变化，向量的大小也会发生变化，这 与在计算机图形学中缩放一张图片十分类似。如果w大于1， 向量的所有分量都“变大”；如果w小于1，向量的所有分量都 变小。如果w是1，各分量的大小保持不变。
n o a （3.11）
3.3 机器人运动学的矩阵表示
例3.3对于下列坐标系，求解所缺元素的值，并用矩阵来 表示这个坐标系。
? 0 ? 5
F 0.707 ? ? 3 ? ? 0 2
0
0 0 1
3.3 机器人运动学的矩阵表示
解： 显然，表示坐标系原点位置的值5，3，2对约束方程无
《工业机器人基础及应用编程技术》
第3章 工业机器人运动学
总教学目标 1.理解工业机器人的位姿描述和齐次变换 2.掌握齐次坐标和齐次变换矩阵的运算 3.理解连杆参数、连杆变换和运动学方程的求解 4.了解研究动力学的内容及方法，理解速度和力雅可比矩阵
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3.1 引言 3.2 工业机器人机构 3.3 机器人运动学的矩阵表示
1.三个向量 n, o, a 相互垂直
2.每个单位向量的长度必须为1
3.3 机器人运动学的矩阵表示
工业机器人运动学
注意：对于旋转关节，绕z 轴的旋转角 （ θ角）是关节变量。对于滑动关节， 沿 z轴的连杆长度d 是关节变量；
3.8 机器人正运动学方程的D-H参数表示法
一.连杆坐标系的建立
本地参考坐标系步骤：
（1）通常关节不一定平行或相交。因此 ，通常z轴是斜线，但总有一条距离最短的 公垂线，它正交于任意两条斜线。通常在 公垂线方向上定义本地参考坐标系的x轴。 所以如果an表示 zn-1与zn之间的公垂线， 则xn的方向将沿an 。同样，在 zn与 zn+1之 间的公垂线为，xn+1的方向将沿an +1。
3T6
S4C5C6
C4 S6
S5C6 0
S4C5S6 C4C6 S5S6 0
S4S5 C5 0
0
0 1
C1 0 S1 0
A1
S1 0
0 1
C1 0
0 0
0
0
0
1
3.8 机器人正运动学方程的D-H参数表示法
nx = C1 [ C2 ( C4C5C6 - S4S6 ) - S2S5C6 ] - S1( S4C5S6 + C4S6 ) ny = S1 [ C2 ( C4C5C6 - S4S6 ) - S2S5C6 ] + C1( S4C5S6+C4S6 ) nz = -S2 ( C4C5C6 - S4S6 ) - C2S5C6 ox = C1 [ -C2 ( C4C5S6 + S4C6 ) + S2S5C6 ] - S1( -S4C5S6 + C4S6 ) oy = S1 [ -C2 ( C4C5C6 + S4C6 ) + S2S5S6 ] + C1( -S4C5S6 + C4S6 ) oz = S2 ( C4C5C6 + S4C6 ) + C2S5S6 ax = C1 ( C2C4S5 + S2C5 ) – S1S4C5 ay = S1 ( C2C4S5 + S2C5 ) + C1S4S5 az = –S2C4S5 + C2C5 px = C1S2d3 – S1d2 py = S1S2d3 + C1d2 pz = C2d3
工业智能机器人应用技术手册
工业智能机器人应用技术手册第一章工业智能机器人概述工业智能机器人应用技术手册随着科技的不断发展，工业智能机器人在生产制造领域得到了广泛应用。
本手册旨在系统介绍工业智能机器人的应用技术，帮助读者深入了解和掌握该领域的相关知识和技术。
第二章工业智能机器人的基本概念与原理2.1 工业智能机器人的定义工业智能机器人是指通过人工智能和自动化技术实现智能化操作和协作的机器人系统。
它具有感知、认知、决策和执行等多种功能，能够自主完成各类制造任务。
2.2 工业智能机器人的组成及工作原理工业智能机器人由机械结构、传感器、执行器、控制器和智能软件等组成。
它通过感知环境、处理信息、做出决策，并通过执行器实现物理动作。
第三章工业智能机器人的应用领域3.1 工业生产与制造工业智能机器人在汽车制造、电子设备制造、家电生产等领域发挥着重要作用。
它能够高效完成组装、焊接、喷涂等各类工艺操作，提高生产效率和品质。
3.2 医疗与护理工业智能机器人在医疗机构和养老院等场所应用广泛。
它可以完成手术辅助、病房清洁、康复训练等任务，减轻医护人员负担，提升医疗质量。
3.3 农业与渔业工业智能机器人在农业生产和渔业养殖中具有广阔的应用前景。
它能够自动完成耕种、种植、施肥、收割等工作，提高农业生产效率和产品质量。
第四章工业智能机器人的关键技术4.1 机器视觉技术机器视觉技术是工业智能机器人的核心技术之一。
它能够对环境进行感知和识别，为机器人的自主决策提供重要数据支持。
4.2 运动控制技术运动控制技术是实现工业智能机器人精准操作的关键技术。
它能够保证机器人在工作过程中的高速、高精度和稳定性。
4.3 人机交互技术人机交互技术是提高工业智能机器人操作便利性和安全性的关键技术。
它能够实现人与机器人之间的语音、图像、触觉等多种交互方式。
第五章工业智能机器人的未来发展趋势随着人工智能、物联网、云计算等技术的迅猛发展，工业智能机器人的应用前景更加广阔。
未来，工业智能机器人将更加智能化、柔性化和集成化，为生产制造带来巨大改变。
FANUC工业机器人配置与编程技术 第3章 EtherNetIP配置
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 EtherNet/IP的概述 适配器方式设定 扫描仪方式设定 EtherNet/IP的DeviceNet路由设定 EtherNet/lP的I/O设定 网络设计和性能 诊断和故障检修
3.1 EtherNet/IP的概述
• 在2个以太网端口中，可设定为在EtherNet/IP中使 用其中的一个或两个都使用。同时使用两个端口 时，务必设定为不同的子网。此外，端口2(CD3 8B)被最优化为EtherNet/lP等的以太网I/O通信协议。 由此，工业机器人通过HTTP、FTP等访问的网络与 端口1(CD3 8A)连接，而EtherNet/IP的封闭的网络 与端口2(CD38B)连接是一个好方法。
• 2、
• （1）网络设计和施工：良好的网络设计和遵照施工上 的惯例，有利于构建安全可靠的网络极为重要。 • （2）IP地址的设定：所有的网络设备必须拥有有效的IP 地址。 • （3）设定适配器设备：适配器设备有时需设定I/O容量 等。 • （4）设定扫描仪设备：必须设定与扫描仪设备所连接 设备（适配器）的清单。并且，必须设定各自的连接参 数。 • （5）EtherNet/IP的I/O分配在工业机器人的数字、模拟、 外围设备I/O上。 • （6）设定备份。
• 3、EtherNet/IP状态画面中显示项目的说明：
• （1）Description（注释），初始设定为Connection x，这 是适配器的插槽编号：此项目对适配器连接、扫描仪连接 进行说明。可根据具体的器材/设备，自由更改字符； • （2）TYP（类型），初始设定为ADP：此项目表示设定为 适配器连接或扫描仪连接方；。 • （3）Enable（有效），初始设定为TRUE（适配器1）， FALSE（适配器2-32）：此项目表示适配器或扫描仪有效 （TRUE）或无效（FALSE）； • （4）Status（状态）栏显示以下的值表示：OFFLINE-连接 无效；ONLINE -连接有效，但不是主动型如，等待确立连 接；RUNNING -连接有效且为主动型。（进行I/O的发送和 接收处理）；PENDING -表示设定已更改，必须将工业机 器人的电源置于OFF后，再次置于ON； • （5）Slot（插槽）：该项目的值用于将EtherNet/IP的l/O分 配在数字l/O、组I/O、外围设备l/O中。
《工业机器人技术基础》(第3章)
（a）
（b）
图3-12 磁吸式末端执行器的工作原理
1—线圈；2—铁芯；3—衔铁
3.1.4 专用工具
工业机器人是一种通用性很强的自动化设备，可根据作业要求装配各种专用的末端 执行器来执行各种动作。
这些专用工具可通过电磁吸盘式换接器快速地进行更换，形成一整套系列满足用户 的不同加工需求，如图3-13所示。
（a）
（b） 图3-31 三轮行走机构
（c）
2．四轮行走机构
四轮行走机构在工业机器人中的应用最为广泛，其可采用不同的方式实现驱动和转 向，如图3-32所示。其中，图3-32〔a〕所示为后轮分散驱动；图3-32〔b〕所示为四轮 同步转向机构，这种机构可实现更灵活的转向和较大的回转半径。
（a）
（b）
图3-32 四轮行走机构
3.4.3 轮式行走机构
轮式行走机构在工业机器人中应用十分普遍，其主要应用在平坦的地面上，如图330所示。车轮的结构、材料取决于地面的性质和车辆的承载能力。
图3-30 轮式行走机构在工业机器人中的应用
1．三轮行走机构
三轮行走机构稳定性较好，代表性的车轮配置方式是一个前轮、两个后轮，如图331所示。其中，图3-31〔a〕所示为两个后轮独立驱动，前轮仅起支承作用，通过后轮 速度差实现转向；图3-31〔b〕所示为前轮驱动，并通过前轮转向；图3-31〔c〕所示为 两后轮驱动并配有差动器，通过前轮转向。
3.3.3 臂部结构的设计
工业机器人臂部结构的设计具体设计要求有以下几点：
〔1〕臂部的结构应该满足工业机器人作业空间的要求。 〔2〕合理选择臂部截面形状，选用高强度轻质制造材料。工字形截面的 弯曲刚度一般比圆截面大，空心管的弯曲刚度和扭转刚度都比实心轴大得多， 所以常用钢管制作臂杆及导向杆，用工字钢和槽钢制作支承板。 〔3〕尽量减小臂部重量和整个臂部相对于转动关节的转动惯量，以减小 运动时的动载荷与冲击。 〔4〕合理设计臂部与腕部、机身的连接部位。臂部安装形式和位置不仅 关系到机器人的强度、刚度和承载能力，而且还直接影响机器人的外观。
第3章工业机器人运动学和动力学概要
第3章工业机器人运动学和动力学机器人操作臂可看成一个开式运动链，它是由一系列连杆通过转动或移动关节串联而成。
开链的一端固定在基座上，另一端是自由的，安装着工具，用以操作物体，完成各种作业。
关节由驱动器驱动，关节的相对运动导致连杆的运动，使手爪到达所需的位姿。
在轨迹规划时，最感兴趣的是末端执行器相对于固定参考系的空间描述。
为了研究机器人各连杆之间的位移关系，可在每个连杆上固接一个坐标系，然后描述这些坐标系之间的关系。
Denavit和Hartenberg提出一种通用方法，用一个4*4的齐次变换矩阵描述相邻两连杆的空间关系，从而推导出“手爪坐标系”相对于“参考系”的等价齐次变换矩阵，建立出操作臂的运动方程。
称之为D-H矩阵法。
3.1 工业机器人的运动学教学时数：4学时教学目标：理解工业机器人的位姿描述和齐次变换；掌握齐次坐标和齐次变换矩阵的运算；理解连杆参数、连杆变换和运动学方程的求解；教学重点：掌握齐次变换及运动学方程的求解教学难点：齐次变换及运算教学方法：讲授教学步骤：齐次变换有较直观的几何意义，而且可描述各杆件之间的关系，所以常用于解决运动学问题。
已知关节运动学参数，求出末端执行器运动学参数是工业机器人正向运动学问题的求解；反之，是工业机器人逆向运动学问题的求解。
3.1.1 工业机器人位姿描述1.点的位置描述在选定的指教坐标系{A}中，空间任一点P的位置可用3*1的位置矢量表示，其左上标代表选定的参考坐标系。
2.点的齐次坐标如果用四个数组成4*1列阵表示三维空间直角坐标系{A}中点P，则该列阵称为三维空间点P的齐次坐标，如下：必须注意，齐次坐标的表示不是惟一的。
我们将其各元素同乘一个非零因子后，仍然代表同一点P，即其中：，，。
该列阵也表示P点，齐次坐标的表示不是惟一的。
3.坐标轴方向的描述用i、j、k分别表示直角坐标系中X、Y、Z坐标轴的单位向量，用齐次坐标来描述X、Y、Z轴的方向，则有，，从上可知，我们规定：4*1列阵中第四个元素为零，且，则表示某轴（某矢量）的方向。
工业机器人基础讲义--第3章_工业机器人静力学及动力学分析
注：1）2008年春季讲课用；2）带下划线的黑体字为板书内容；3）公式及带波浪线的部分为必讲内容第3章工业机器人静力学及动力学分析3.1 引言在第2章中，我们只讨论了工业机器人的位移关系，还未涉及到力、速度、加速度。
由理论力学的知识我们知道，动力学研究的是物体的运动和受力之间的关系。
要对工业机器人进行合理的设计与性能分析，在使用中实现动态性能良好的实时控制，就需要对工业机器人的动力学进行分析。
在本章中，我们将介绍工业机器人在实际作业中遇到的静力学和动力学问题，为以后“工业机器人控制”等章的学习打下一个基础。
在后面的叙述中，我们所说的力或力矩都是“广义的”，包括力和力矩。
工业机器人作业时，在工业机器人与环境之间存在着相互作用力。
外界对手部（或末端操作器）的作用力将导致各关节产生相应的作用力。
假定工业机器人各关节“锁住”，关节的“锁定用”力与外界环境施加给手部的作用力取得静力学平衡。
工业机器人静力学就是分析手部上的作用力与各关节“锁定用”力之间的平衡关系，从而根据外界环境在手部上的作用力求出各关节的“锁定用”力，或者根据已知的关节驱动力求解出手部的输出力。
关节的驱动力与手部施加的力之间的关系是工业机器人操作臂力控制的基础，也是利用达朗贝尔原理解决工业机器人动力学问题的基础。
工业机器人动力学问题有两类：(1)动力学正问题——已知关节的驱动力，求工业机器人系统相应的运动参数，包括关节位移、速度和加速度。
(2)动力学逆问题——已知运动轨迹点上的关节位移、速度和加速度，求出相应的关节力矩。
研究工业机器人动力学的目的是多方面的。
动力学正问题对工业机器人运动仿真是非常有用的。
动力学逆问题对实现工业机器人实时控制是相当有用的。
利用动力学模型，实现最优控制，以期达到良好的动态性能和最优指标。
工业机器人动力学模型主要用于工业机器人的设计和离线编程。
在设计中需根据连杆质量、运动学和动力学参数，传动机构特征和负载大小进行动态仿真，对其性能进行分析，从而决定工业机器人的结构参数和传动方案，验算设计方案的合理性和可行性。
工业机器人应用与操作规范手册
工业应用与操作规范手册第1章工业概述 (3)1.1 工业发展简史 (3)1.2 工业的分类与特点 (4)1.3 工业的应用领域 (4)第2章工业的基本结构 (5)2.1 的机械结构 (5)2.1.1 关节结构 (5)2.1.2 连杆与连接件 (5)2.1.3 末端执行器 (5)2.2 的驱动系统 (5)2.2.1 电动驱动 (5)2.2.2 液压驱动 (5)2.2.3 气压驱动 (5)2.3 传感器与执行器 (5)2.3.1 位置传感器 (5)2.3.2 速度传感器 (6)2.3.3 力传感器 (6)2.3.4 视觉传感器 (6)2.3.5 执行器 (6)第3章工业编程与控制 (6)3.1 编程语言与编程方法 (6)3.1.1 编程语言 (6)3.1.2 编程方法 (6)3.2 控制系统组成与原理 (7)3.2.1 控制系统组成 (7)3.2.2 控制系统原理 (7)3.3 路径规划与控制 (7)3.3.1 路径规划 (7)3.3.2 控制策略 (7)第4章工业操作规范 (8)4.1 操作前的准备工作 (8)4.1.1 熟悉设备 (8)4.1.2 培训与考核 (8)4.1.3 检查设备状态 (8)4.1.4 确认工作环境 (8)4.1.5 准备工具和备品备件 (8)4.2 安全操作规程 (8)4.2.1 操作者穿戴 (8)4.2.2 设备启动与停止 (8)4.2.3 严禁违章操作 (8)4.2.4 定期检查和维护 (8)4.3 常见操作故障与排除 (9)4.3.1 机械故障 (9)4.3.2 电气故障 (9)4.3.3 程序故障 (9)4.3.4 传感器故障 (9)4.3.5 其他故障 (9)第5章工业在制造业中的应用 (9)5.1 装配作业中的应用 (9)5.1.1 概述 (9)5.1.2 装配作业类型 (9)5.1.3 应用实例 (10)5.2 焊接作业中的应用 (10)5.2.1 概述 (10)5.2.2 焊接方法 (10)5.2.3 应用实例 (10)5.3 喷涂作业中的应用 (10)5.3.1 概述 (10)5.3.2 喷涂类型 (10)5.3.3 应用实例 (10)第6章工业在物流领域的应用 (10)6.1 自动搬运与装卸 (11)6.1.1 概述 (11)6.1.2 应用场景 (11)6.1.3 技术要点 (11)6.2 自动分拣与包装 (11)6.2.1 概述 (11)6.2.2 应用场景 (11)6.2.3 技术要点 (11)6.3 仓库管理与物流调度 (12)6.3.1 概述 (12)6.3.2 应用场景 (12)6.3.3 技术要点 (12)第7章工业在服务行业的应用 (12)7.1 医疗服务与辅助 (12)7.1.1 辅术 (12)7.1.2 康复护理 (12)7.1.3 医疗器械消毒与配送 (12)7.2 餐饮服务与配送 (12)7.2.1 餐饮制作 (12)7.2.2 餐饮配送 (13)7.2.3 餐饮服务 (13)7.3 社会服务与救援 (13)7.3.1 公共安全 (13)7.3.3 社会服务 (13)7.3.4 教育与培训 (13)第8章工业安全与防护 (13)8.1 安全标准与法规 (13)8.1.1 国际安全标准 (13)8.1.2 国家法规与标准 (14)8.1.3 企业内部安全规范 (14)8.2 安全防护装置与措施 (14)8.2.1 物理防护 (14)8.2.2 电气防护 (14)8.2.3 信号与警示 (14)8.2.4 紧急停止装置 (14)8.3 应急处理与防范 (14)8.3.1 应急处理程序 (14)8.3.2 定期培训与演练 (14)8.3.3 防范 (15)第9章工业维护与保养 (15)9.1 常规检查与维护 (15)9.1.1 检查频率 (15)9.1.2 检查内容 (15)9.1.3 维护措施 (15)9.2 关键部件的保养 (15)9.2.1 电机和驱动器 (15)9.2.2 传感器和执行器 (15)9.2.3 传动系统 (16)9.3 故障诊断与维修 (16)9.3.1 故障诊断 (16)9.3.2 维修措施 (16)第10章工业技术发展趋势 (16)10.1 智能化与自适应技术 (16)10.2 网络化与大数据应用 (16)10.3 人机协作与个性化定制 (17)第1章工业概述1.1 工业发展简史工业作为自动化技术的重要产物，其发展始于20世纪中叶。
工业机器人技术(郭洪红)--第3章
0 n R T6 0
nx 0 P n y n nz 1 0
ox oy oz 0
ax ay az 0
px py pz 1
0 n 0 n
R 或前三列表示手部的姿态； P 或第四列表示手部中心点的位置。
2. 正向运动学及实例
正向运动学：已知各个关节的变量，求手部的位姿。 图3.11 为SCARA装配机器人，其三个关节轴线是相互平行的。 {0}、{1}、{2}、{3}分别表示固定坐标系、 连杆1的动坐标系、 连杆2的动坐标系、 连杆3的动坐标系。原点分别位于关节1、 关节2、关节3和手部中心。 连杆运动为旋转运动, 连杆参数θn为变量, 其余参数均为常量。 参数见表3-2.
x ' 1 y ' 0 z ' 0 1 0
0 0 x x 1 0 y y 0 1 z z 0 0 1 1
2.旋转的齐次变换
如图3.7，A点绕z轴旋转 角后移至A’，即
Px P P y Pz 1
工业机器人及其应用习题
工业机器人及应用习题集第一章：概论一、选择题1、机器人（Robot）一词源于（）。
A、英语 B 、德语C、法语D、捷克语2、提出“机器人三原则”的是（）。
A、物理学家B、哲学家C、科幻小说家D、社会学家3、世界上第一台真正意义上的机器人诞生于（）。
A、1952年，美国 B 、1959年，美国C、1959年，日本D、1952年，德国4、目前，大多数工业机器人使用的是（）机器人技术。
A、第一代B、第二代C、第三代D、第四代5、根据机器人的应用环境，机器人一般分为（）两类。
A、关节型机器人和并联型机器人B 、工业机器人和服务机器人C、示教再现机器人和智能机器人D、顺序控制和轨迹控制机器人6 根据工业机器人的功能与用途，目前主要有（）几类。
A、加工类 B 、装配类 C 、搬运类 D 、包装类7 以下属于加工类工业机器人的是（）。
A 、焊接机器人B 、装卸机器人C 、涂装机器人D 、包装机器人8 以下属于装配类工业机器人的是（）。
A、焊接机器人 B 、涂装机器人C 、分拣机器人D 、包装机器人9 以下属于服务机器人的是（）。
A、家庭清洗机器人B、军事机器人C 、医疗机器人D 、场地机器人10 月兔号月球探测器、好奇号火星探测器属于（）的一种。
A、工业机器人B、军事机器人C 、医疗机器人D、场地机器人11 美国的E-2D“鹰眼”预警机属于（）的一种。
A 、工业机器人B、军事机器人C 、医疗机器人D、场地机器人12 目前全球工业机器人产销量最大的生产企业是（）。
A、ABBB、YASKAWAC、FANUCD、KUKA13、日本最早的生产工业机器人的企业是（）。
A、KAWASAKIB、YASKAWAC、FANUCD、DAIHEN14.目前，工业机器人年销量最大的国家是（）。
A、美国B、德国C、日本D、中国15.目前工业人机器人使用量最大的行业是（）。
A 、电子电气工业B、汽车制造业C、金属制品及加工D、食品和饮料业二、简答题1、简述第一、二、三代机器人的组成、性能等方面的区别。
工业机器人技术第3章
3.1
垂直串联机器人
图3.1-5 RV减速器
3.1Biblioteka 垂直串联机器人3.1.2 机身结构与传动系统
2．传动系统 （1）腰回转S轴。采用RV减速器的垂直串联机器人腰回转轴S的传动系统 参考结构如图3.1-6所示。 （2）上/下臂摆动L/U轴。采用RV减速器的垂直串联机器人上/下臂摆动轴 L/U的传动系统参考结构如图3.1-7所示。
3.1
垂直串联机器人
图3.1-6 S轴传动系统 1—基座 2—CRB轴承 3—腰体 4—驱动电机 5—RV减速器
图3.1-7 L/S轴机械传动系统结构 1—支承部件 2—RV减速器 3—驱动电机 4—回转部件 5—减速器壳体（针轮） 6—减速器输出轴 7—减速器输入轴
3.1
垂直串联机器人
3.1.3 手腕的基本形式
3
工业机器人机械结构
3.1
垂直串联机器人
3.1.1 本体基本结构
1．基本结构 垂直串联结构是工业机器人最常见的结构形态，它被广泛用于加工、搬 运、装配、包装等场合。虽然垂直串联工业机器人的形式多样，但是总体 而言，它都是由关节和连杆依次串联而成的，而每一关节都由一台伺服电 机驱动，因此，如将机器人分解，它便是由若干台伺服电机经减速器减速 后，驱动运动部件的机械运动机构的叠加和组合。 常用的小规格、轻量6轴垂直串联机器人的外观和参考结构如图3.1-1所示。
3.1
垂直串联机器人
图3.1-9 谐波减速器
3.1
垂直串联机器人
3.1.3 手腕的基本形式
2．手腕结构形式 垂直串联机器人的手腕结构形式主要有图3.1-10所示的3种。图中的回转 轴（Roll）能够在4象限进行360°或接近360°的回转，称R型轴；摆动轴 （Bend）一般只能在3象限以下进行小于270°的回转，称B型轴。
FANUC工业机器人配置与编程技术 第3章 EtherNetIP配置
• 2、工业机器人设定为EtherNet/IP的适配器的步 骤如下：
• （1）网络设计和施工：良好的网络设计和遵照施工上 的惯例，有利于构建安全可靠的网络极为重要。 • （2）IP地址的设定：所有的网络设备必须拥有有效的IP 地址。 • （3）设定适配器设备：适配器设备有时需设定I/O容量 等。 • （4）设定扫描仪设备：必须设定与扫描仪设备所连接 设备（适配器）的清单。并且，必须设定各自的连接参 数。 • （5）EtherNet/IP的I/O分配在工业机器人的数字、模拟、 外围设备I/O上。 • （6）设定备份。
• 4、对设定工业机器人的扫描清单为例进行介绍，操作 步骤如下： • （1）按下MENUS（画面选择）键。 • （2）选择I/O。 • （3）按下Fl，[TYPE]（画面）键，选择EtherNet/lP。 • （4）把光标移至需设定的连接处。设定为适配器连接 后，把光标移动至TYP列，按下F4键。这样，更改为扫 描仪连接。扫描仪连接有效时，扫描仪设定画面的最初 行显示Scanner config(Read-only)，不能更改各项目。要 更改设定，首先必须在EtherNet/IP状态画面中，将扫描 仪连接设为无效。 • （5）更改扫描仪的状态步骤：把光标移动至需更改状 态的扫描仪的Enable列；要将扫描仪设为无效，使之处 于OFFLINE状态，按下F5，[FALSE]键；要将扫描仪设为有 效，使之处于RUNNING状态，按下F4，[TRUE]键。
• （8）如果要更改l/O容量：把光标移动至“Input size (words)”；输入数值，按下ENTER键；把光标 移动至“Output size (words)”；输入数值，按下 ENTER键；把光标移动至“Alarm Severity”；按下 F4，[CHOICE]键，选择报警重要程度；要返回原 先的画面，按下F3，[PREV]（返回）键。 • （9）在更改适配器设定后，必须在EtherNet/IP状 态画面中把连接设为有效。更改数值后，Status栏 显示“PENDING”，这说明为了让变更有效，必 须重新接通电源。
工业机器人运动学
（2）圆柱坐标
由于这些变换都是相对于全局参考坐标系的坐标轴
的，因此由这三个变换所产生的总变换可以通过依
次左乘每一个矩阵而求得：
RTP Tcyl (r, ,l) Trans(0, 0,l)Rot(z, )Trans(r, 0, 0)
1 0 0 0 C S 0 0 1 0 0 r
动组成，运动顺序为：先沿z轴平移r ,再y轴旋转 β并 绕z轴旋转γ。这三个变换建立了手坐标系与参考坐标
系之间的联系。由于这些变换都是相对于全局参考坐
标系的坐标轴的，因此有这三个变换所产生的总变换
可以通过一次左乘每一个矩阵而求得：
RTP Tsph r, , Rotz, Roty, Trans0,0, r
解： 设定正运动学方程用式（3.31）中的RTP 矩阵表示，根据期望的位置可得知 如下结果：
1 0 0 Px 1 0 0 3
RTP
0 0
0
1 0 0
0 1 0
Py
0
Pz 1
0 0
1 0 0
0 1 0
4 7
或Px
3, Py
4, Pz
7
1
RTP
Tsph
C S S
C
0
S S
rS
S
C
rC
0
0
0
1
3.7 机器人的正逆运动学
例3-15假设要将球坐标机器人手坐标系原点放在3 4，7T 计算机器人的关节变量。
解： 设定正运动学方程用式（3.35）中的Txph 矩阵表示，根据期望的位置可得知 如下结果：
工业机器人虚拟仿真技术第3章 机器人虚拟仿真工作站构建
加载本地文件
导入工具模型：吸盘工具.tool 点击“打开”
二 、工作站对象的导入及布局
导入工具模型“吸盘工具.tool”，工具自动安装到机器人法兰上。
导入的工具模型，自动安装到法兰上
C 目录 ONTENTS
一、学习目标 二、工作站对象的导入及布局 三、创建工具模型及修改工具坐标系 四、创建工件坐标系及目标点 五四、、课课后后练练习习
参照对象 新建工作站 新建工作站 新建工作站 新建工作站 新建工作站
五、课后练习
使用本章节案例，练习以下内容： ② 练习2：创建工具模型 ，要求：工具坐标系值为【0,0,245，90，0,0】； ③ 练习3：创建工件坐标系，要求：坐标系名称为用户坐标系，数值为 【300, 150, 50, 90, 0, 0】； ④ 练习4：创建目标点，要求：目标点名称为原点，数值为 【-150, -102, 258，90, 0,180】
三 、创建工具模型及修改工具坐标系
创建工具模型的步骤：先导入工具的三维模型，然后创建工具模型。
加载本地文件
导入工具的三维数模,“吸盘工具.STEP”
三 、创建工，拖动到机器人对象上，工具将安装到机器人法兰上。
将三维模型拖动到机器人上，三维 模型变成工具模型
选择对象的三维模型“工作站”
单击“打开”
二 、工作站对象的导入及布局 – 工作站布局
工作站对象的布局：双击打开对象属性界面，修改对象的位置。
双击导入的对象，打开对象的属性界面
在属性界面中，修改位置数据，实现 工件的布局
二 、工作站对象的导入及布局 – 机器人模型导入
RoboDK中机器人模型是特定的模型（robot格式）。机器人模型的导入步骤：
工业机器人学第三章习题
Ａ3-1.写出齐次变换矩阵 Ｔ，它表示相对固定坐标系{A}作以下变换。
Ｂ1) 绕Z 퐴轴旋转 90°； 2) 再绕X 퐴轴转-90°；푇3) 最后做移动【3 7 9 】；Ａ3-2.写出齐次变换矩阵 Ｔ，它表示相对坐标系{B}做以下变换。
Ｂ 푇1) 移动【3 7 9 】；2) 绕X 퐵轴旋转-90°； 3) 绕Z 퐵轴转 90°。
3-3.求下面齐次变换的逆变换푇−1 0 1 0 −10 0 −1 2 −1 0 0 0 T = []13-4.已知 0.25 0.43 0.86 5.0Ａ Ｂ Ｔ 0.87 −0.50 0 −4.0= [ ] 0.43 0.75 −0.50 3.0 0 0 0 1Ａ求 Ｔ的第（2,4）元素．Ｂ3-5 已知矩阵？ 0 −1 0 ？ 0 0 1 ？ −10 2 ？1] [代表齐次坐标变换，求其中的未知元素值（第一列元素）。
푈3-6 设工件相对于参考系{U}的描述为Ｔ，机器人基座相对于参考系푃푈的描述为Ｔ，已知Ｂ010−1100100−12−1000푈=[푇푃0105푈]푃=[]퐵001900010001要求机器人手爪坐标系{H}与工件坐标系{P}重合，试求变换퐻퐵푇3-7. 已知坐标变换矩阵푈퐴푇,퐵퐴푇,푈퐶푇.0.866−0.50001110000.5000.8660−100.866−0.50010푈=[]퐵퐴푇=[푇] 퐴001800.5000.866−200001000 10.866−0.5000−30.4330.750−0.5−3퐶=[푇]푈0.2500.4330.86630001画出空间尺寸链图，并求퐵퐶푇.3-8.如图3-17 所示的多面体顶点坐标系，试求4x4 的齐次变换矩阵푖−1푖푇和0푖푇（i=1,2,3,4,5）.3-9. 如图3-18 所示的多面体各顶点坐标系，试求4x4 的齐次变换矩阵푖−1푖푇和0푖푇（i=1,2,3,4）.3-10. 如图3-19 所正方体的顶点和中心坐标系，试求4x4 的齐次变换矩阵푖−1푖푇和0푖푇（i=1,2,3）。
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V 轴 绕 Y 轴旋转
Z轴
沿 Z 轴平行 移动
W轴
绕末端工 具所指方 向旋转
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3.1 机器人运动轴与坐标系
3.1.2 机器人坐标系的种类
所
处 位 置
(3) 工具坐标系 原点定义在 TCP 点，并且假定工具的有效方向为 X 轴（有些机器 人厂商将工具的有效方向定义为 Z 轴），而 Y 轴、 Z 轴由右手法则确定。 在进行相
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3.2 认识和使用示教器
所 示教器主要由 显示屏 和各种操作 按键 组成，显示屏主要有 4 个显示区组成。
处 位 置
——— 菜单显示区 显示操作屏主菜单和子菜单。
—
【 通用显示区 在通用显示区，可对作业程序、特性文件、各种设定进行显
课 堂
示和编辑。
认
知 】
状态显示区 显示系统当前状态，如动作坐标系、机器人移动速度等。显
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3.4 手动移动机器人
所 3.4.1 移动方式
处
位 置
(2) 连续移动
——— 连续移动机器人则是长按 / 拨动【轴操作键】来移动机器人手臂的方式。 连续
— 移动机器人主要用在示教时离目标位置较远的场合 。
【 课 堂 认 知 】
连续移动机器人
返回 目录
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3.4 手动移动机器人
所 3.4.2 典型坐标系下的手动操作
返回 目录
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3.1 机器人运动轴与坐标系
3.1.2 机器人坐标系的种类
所
处
目前，大部分商用工业机器人系统中，均可使用关节坐标系、直角坐标系、
位 置
工具坐标系和用户坐标系， 而工具坐标系和用户坐标系同属于直角坐标系范畴 。
———
—
【
课
堂
认
知 】
机器人坐
标系种类
关节坐标系
工具坐标系
直角坐标系
用户坐标系
置 择用户坐标系可使操作更为简单 。在用户坐标系中， TCP 点将沿用户自定义的坐
———标轴方向运动。
—
【
课
堂 认
Z
知
】
X
Y
用户坐标系原点
返回
目录
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3.1 机器人运动轴与坐标系
3.1.2 机器人坐标系的种类
所
用户坐标系下的各轴动作
处
位 置
———
轴类型
轴 名称
动作 说明
动作图示
轴类型
轴 名称
处 位
( 1 ) 关节坐标系
置 ———
—
关键步骤：系统上电开机 机器人到 B 工位 / 旋转回转机
→ →
A B
工位机器人手动示教 → 工位机器人手动示教。
选择关节坐标系
→
移动
【
课
堂
认
知
】
工位 B
工位 B
工位 A
工位 A
双工位操作
双工位 + 变位机操作
机器人外部轴的运动控制，只能在关节坐标系下进行。
返回 目录
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3.1 机器人运动轴与坐标系
3.1.2 机器人坐标系的种类
所
直角坐标系下的各轴动作
处
位
置
轴类型
———
轴 名称
动作 说明
动作图示
轴类型
轴 名称
动作 说明
动作图示
—
【
课 堂
X轴
沿 X 轴平 行移动
认
知
】
U 轴 绕 Z 轴旋转
主轴 （基本轴 Y 轴
）
沿 Y 轴平 行移动
次轴 （腕部 轴）
———对于工件不改变工具姿态的平移操作时选用该坐标系最为适宜。
—
【 课 堂 认 知 】
Y
Z
X
工具坐标系原点
返回 目录
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3.1 机器人运动轴与坐标系
3.1.2 机器人坐标系的种类
所
处
位 置
轴类型
轴 名称
动作 说明
———
—
【 课
X轴
沿 X 轴平 行移动
堂
认
知
】
工具坐标系下的各轴动作
动作图示
轴类型
TCP 为机器人系统控制点，出厂是默认位于最后一个运动轴或安装法兰的 返回
中心，安装工具后 TCP 点将发生改变。
目录
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3.1 机器人运动轴与坐标系
3.1.2 机器人坐标系的种类
所 处
(1) 关节坐标系
在关节坐标系下，机器人各轴均可实现单独正向或反向运动。
位 置
对大范围运动，且不要求 TCP 姿态的，可选择关节坐标系。
3.4 手动移动机器人
3.4.1 移动方式
返回
3.4.2 典型坐标系下的手动操作
目录
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课前回顾
所 处 位 置 ——— —
【 课 前 回 顾 】
工业机器人主要由哪几部分组成 ？ 如何判别工业机器人的点位运动和连续路径运动？
返回 目录
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学习目标
所 处 位 置 ——— —
【 学 习 目 标 】
了解工业机器人的安全操 作规程
熟悉示教器的按键及使用 功能
掌握机器人运动轴与坐标 系
掌握手动移动机器人的流 程和方法
能够熟练进行机器人坐标 系和运动轴的选择
能够使用示教器熟练操作 机器人实现点动和连续移 动
返回 目录
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导入案例
所
处 位
Universal Robots 公司推出革命性的新型工业机器人
返回
提示
目录
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3.4 手动移动机器人
所 3.4.2 典型坐标系下的手动操作
处 位
( 2 ) 直角坐标系
置
——— 关键步骤：系统上电开机 → 选择关节坐标系 → 变换末端工具姿态至作业姿态 →
— 选择直角坐标系 → 移动机器人至直线轨迹的开始点 → 选择直角坐标系的 Y 轴 → 移动
置
——— 序号 按键名称
按键功能
— 通过切断伺服电源立刻停止机器人和外部轴操作。
【
1
急停键
一旦按下，开关保持紧急停止状态；顺时针方向旋转解除紧急停止状态
课
。
堂
认
在操作时确保操作者的安全。
知
2
安全开关 只有安全开关被按到适中位置，伺服电源才能，机器人方可动作。
】
一旦松开或按紧，切断伺服电源，机器人立即停止运动。
7
功能键 使用这些键可根据屏幕显示执行指定的功能和操作。
返回
8
模式旋钮
选择机器人控制柜的模式（示教模式、再现 / 自动模式、远程 / 遥控模式等 目录 ）。
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3.3 机器人安全操作规程
所 3.3.1 示教和手动机器人时
处
位 置
1 ）禁止用力摇晃机械臂及在机械臂上悬挂重物。
——— 2 ）示教时请勿戴手套。穿戴和使用规定的工作服、安全鞋、安全帽、保护用具等
———
—
轴类型
ABB
轴名称 FANUC YASKAWA
KUKA
动作说明
动作图示
【
课 堂
轴1
J1
认
知
主轴
】 （基本轴）
轴2
J2
S轴
本体
A1
左右回转
L轴
大臂
A2
上下运动
轴3
J3
U轴
小臂
A3
前后运动
轴4
J4
R轴
手腕
A4
回旋运动
次轴 （腕部轴）
轴5
J5
轴6
J6
B轴
手腕
A5
弯曲运动
T轴
手腕
A6
扭曲运动
返回 目录
返回 目录
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3.4 手动移动机器人
所 3.4.1 移动方式
处
位 置
(1) 点动
——— 点动机器人就是点按 / 微动【轴操作键】来移动机器人手臂的方式。每
— 点按或微动【轴操作键】一次机器人移动一段距离。 点动机器人主要用在
【 示教时离目标位置较近的场合。
课 堂 认 知 】
点动机器人
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关节坐标系下的单轴运动
动作前 动作中 动作后
直角坐标系下的多轴协调运动
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3.2 认识和使用示教器
所 处 位 置 ——— —
【 课 堂 认 知 】
ABB FlexPendant
KUKA smartPAD
FANUC iPendant
YASKAWA DX100
工业机器人行业四巨头的最新示教器产品
【 3 ）使用由其他系统编制的作业程序时，要先跟踪一遍确认动作，之后再使用该程序。
课
堂 认
4 ）须知道所有会左右机器人移动的开关、传感器和控制信号的位置和状态。
知
】 5 ）必须知道机器人控制器和外围控制设备上的【急停键】的位置，准备在紧急情况
下按下这些按钮。
6 ）永远不要认为机器人没有移动，其程序就已经完成，此时机器人很可能是在等 待让它继续移动的输入信号。
轴 名称
动作 说明
动作图示
Rx 轴 绕 X 轴旋转
主轴 （基 本轴）
Y轴
沿 Y 轴平 行移动
次轴 （腕 部轴）
Ry 轴 绕 Y 轴旋转
Z轴
沿 Z 轴平行 移动
Rz 轴 绕 Z 轴旋转
返回 目录
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3.1 机器人运动轴与坐标系